碳纤维布加固破损RC梁抗弯性能试验研究及有限元分析

摘要

钢筋混凝土结构在工作期间常常会受到不同程度的损伤，造成其承载能力、刚度、稳定性不断下降，使得建筑物产生大量安全隐患。所以，对现有损伤钢筋混凝土结构进行补强加固已经成为建筑行业的一个新热点。碳纤维材料作为一种新型材料，由于其具有自重轻、耐久性好、抗拉强度高、施工方便快捷等优点，被广泛应用在工业和民用建筑加固中。近年来，我国对碳纤维布加固旧有建筑和损伤房屋进行了大量的试验研究，加固的技术水平和施工工艺取得了突破性发展。在钢筋混凝土结构中梁作为建筑结构的重要构件，有着举足轻重的作用，但梁在使用过程中会由于各种原因受到不同程度的损伤和破坏。但目前对超过承载能力的梁加固研究还很少。
　　 本试验探索研究了碳纤维布片材加固达到承载力水平的钢筋混凝土梁的抗弯性能。一共选取了12根矩形梁进行分析研究:少筋梁、适筋梁、超筋梁各4根，其中，9根钢筋混凝土梁为预先加载到构件破坏再用碳纤维布加固，3根梁采用未受损直接加固的方法。通过对少筋梁、适筋梁和超筋梁碳纤维布加固研究，考察损伤程度、配筋率、粘贴不同层数的碳纤维布和不同宽度的环箍对加固效果的影响。
　　 通过对试验的数据分析、理论分析和有限元计算分析，最终试验结果表明:1、无论是少筋梁、适筋梁还是超级梁，在构件超过极限承载能力后用碳纤维布加固都能使梁恢复到原有的极限承载能力;2、破损加固时粘贴一层与两层碳纤维布对梁极限承载能力和变形能力有所改善，但改善效果随着配筋率的提高而降低;3、环箍宽度对加固效果基本没有影响;4、粘贴碳纤维布加固破损梁对于梁弹性阶段的刚度、开裂荷载和裂缝限制效果不明显，但碳纤维布在加载后期可以有效抑制裂缝发展，提高梁的抗弯刚度;5、采用有限元程序ANSYS对碳纤维布加固钢筋混凝土梁和未加固梁进行了非线性有限元数值模拟计算，计算得极限承载能力与试验结果基本吻合。
　　 最后，总结了本文所做的研究成果并提出了进一步的工作展望。本文的研究成果对碳纤维布加固破损梁的合理设计具有一定的指导意义和参考价值。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 试验研究背景和意义

1．2 混凝土结构加固技术现状

1．2．1 加固修复的原因

1．2．2 混凝土结构加固修复方法

1．3 碳纤维材料在土木工程加固中的应用

1．3．1 碳纤维材料简介

1．3．2 碳纤维增强材料的优越性

1．3．3 国外碳纤维增强材料研究现状

1．3．4 国内碳纤维增强材料研究现状

1．3．5 我国碳纤维研究存在的问题

1．4 本文研究的主要内容

1．5 本章小结

第二章 碳纤维布加固试验梁抗弯试验研究

2．1 试验梁的设计制作

2．2 结构加固方案

2．3 材料力学性能

2．4 试验装置和测量内容

2．5 测点布置

2．6 试验总体步骤

2．7 试验梁OFRP加固的施工工艺

2．8 试验注意事项

2．9 部分试验照片

2．10 本章小结

第三章 试验结果与分析

3．1 试验梁的破坏特点

3．1．1 试验梁加固前的破坏现象

3．1．2 试验梁加固后的破坏现象

3．2 试验结果

3．3 试验结果分析

3．3．1 损坏程度对加固梁的影响

3．3．2 碳纤维布粘贴层数对加固梁的影响

3．3．3 环箍宽度对加固梁的影响

3．3．4 配筋率对加固梁的影响

3．3．5 碳纤维布对破损梁裂缝抑制作用机理

3．4 本章小结

第四章 碳纤维布加固梁抗弯强度计算理论

4．1 前言

4．2 梁正截面强度计算基本原则

4．2．1 基本假定

4．2．2 碳纤维加固梁破坏模式和特征分析

4．2．3 碳纤维加固梁承载能力极限状态界定

4．3 正截面抗弯承载能力计算

4．3．1 第一类适筋破坏计算方法

4．3．2 第二类适筋破坏计算方法

4．4 碳纤维布强度折减分析

4．5 本章小结

第五章 碳纤维布加固试验梁的有限元分析

5．1 有限元分析概述

5．2 有限元模型选用

5．3 单元类型选择

5．3．1 混凝土单元

5．3．2 钢筋单元

5．3．3 碳纤维布单元

5．4 材料本构关系

5．4．1 材料本构关系理论模型

5．4．2 试验材料本构关系

5．5 材料破坏准则

5．6 试验梁有限元模型建立

5．7 ANSYS有限元计算结果分析

5．7．1 未加固梁的ANSYS分析结果

5．7．2 损伤程度对加固梁的影响

5．7．3 碳纤维布粘贴层数对加固梁的影响

5．7．4 环箍宽度对加固梁的影响

5．8 ANSYS分析收敛性的影响因素

5．9 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢